В последующие годы электроэнергетика развивалась быстрыми темпами, строились линии электропередач (ЛЭП). Одновременно с гидравлическими и тепловыми электростанциями стала развиваться атомная энергетика.

Тепловые электростанции (ТЭС). Основной тип электростанций в России - тепловые, работающие на органическом топливе (уголь, мазут, газ, сланцы, торф). Среди них главную роль играют мощные (более 2 млн кВт) ГРЭС - государственные районные электростанции, обеспечивающие потребности экономического района, работающие в энергосистемах.

На размещение тепловых электростанция оказывает основное влияние топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные ТЭС расположены, как правило, в местах добычи топлива. Тепловые электростанции, использующие местные виды топлива (торф, сланцы, низкокалорийные и многозольные угли), ориентируются на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов. Потребительскую ориентацию имеют электростанции, использующие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать. Что же касается тепловых электростанций, работающих на мазуте, то они располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности.

Крупными тепловыми электростанциями являются ГРЭС на углях Канско-Ачинского бассейна, Березовская ГРЭС-1 и ГРЭС-2. Сургутская ГРЭС-2, Уренгойская ГРЭС (работает на газе).

На базе Канско-Ачинского бассейна создается мощный территориально-производственный комплекс. Проект ТПК предполагал создание на территории около 10 тыс. км 2 вокруг Красноярска 10 уникальных сверхмощных ГРЭС по 6,4 млн кВт. В настоящее время число запланированных ГРЭС уменьшено пока до 8 (по экологическим соображениям - выбросы в атмосферу, скопления золы в огромных количествах).

На данный момент начато сооружение только 1-й очереди ТПК. В 1989 г. был введен в эксплуатацию 1-й агрегат Березовской ГРЭС-1 мощностью 800 тыс. кВт и уже решен вопрос о строительстве ГРЭС-2 и ГРЭС-3 такой же мощности (на расстоянии всего 9 км друг от друга).

Преимущества тепловых электростанций по сравнению с другими типами электростанций заключаются в следующем: относительно свободное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов в России; способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГРЭС).

К недостаткам относятся: использование невозобновимых топливных ресурсов; низкий КПД, крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Тепловые электростанции всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно 200-250 млн т золы и около 60 млн т сернистого ангидрида; они поглощают огромное количество кислорода воздуха. К настоящему времени установлено, что и радиоактивная обстановка вокруг тепловых электростанций, работающих на угле, в среднем (в мире) в 100 раз выше, чем вблизи АЭС такой же мощности (так как обычный уголь в качестве микропримесей почти всегда содержит уран-238, торий-232 и радиоактивный изотоп углерода).

ТЭС нашей страны в отличие от зарубежных до сих пор не оснащены сколь-либо эффективными системами очистки уходящих газов от оксидов серы и азота. Правда, ТЭС на природном газе существенно экологически чище угольных, мазутных и сланцевых, но огромный экологический вред наносит природе прокладка газопроводов, особенно в северных районах.

Несмотря на отмеченные недостатки, в ближайшей перспективе (до 2000 года) доля ТЭС в приросте производства электроэнергии должна составить 78-88% (так как прирост производства на АЭС в связи с повышением требований и их безопасности в лучшем случае будет весьма незначительным, сооружение ГЭС будет ограничиваться возведением плотин главным образом в условиях с минимальными площадями затопления).

Топливный баланс тепловых электростанций России характеризуется преобладанием газа и мазута. В ближайшей перспективе планируется увеличение доли газа в топливном балансе электростанций западных районов, в регионах со сложной экологической обстановкой, особенно в крупных городах. Тепловые электростанции восточных районов будут базироваться в основном на угле, прежде всего дешевом угле открытой добычи Канско-Ачинского бассейна.

Гидравлические электростанции (ГЭС). На втором месте по количеству вырабатываемой электроэнергии находится ГЭС (в 1991 г. - 16,5%). Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, обладают простотой управления (количество персонала на ГЭС в 15-20 раз меньше, чем на ГРЭС) и имеют высокий КПД (более 80%). В результате производимая на ГЭС энергия самая дешевая.

Огромное достоинство ГЭС - высокая маневренность, т. е. возможность практически мгновенного автоматического запуска и отключения любого требуемого количества агрегатов. Это позволяет использовать мощные ГЭС либо в качестве максимально маневренных "пиковых" электростанций, обеспечивающих устойчивую работу крупных энергосистем, либо в период суточных пиков нагрузки электросистемы, когда имеющихся в наличии мощностей ТЭС не хватает. Естественно, это под силу только мощным ГЭС.

Но строительство ГЭС требует больших сроков и больших удельных капиталовложений, ведет к потерям равнинных земель, наносит ущерб рыбному хозяйству. Доля участия ГЭС в выработке электроэнергии существенно меньше их доли в установленной мощности, что объясняется тем, что их полная мощность реализуется лишь в короткий период времени, причем только в многоводные годы. Поэтому несмотря на обеспеченность России гидроэнергетическими ресурсами гидроэнергетика не может служит основой выработки электроэнергии в стране.

Наиболее мощные ГЭС построены в Сибири, где осваиваются гидроресурсы наиболее эффективно: удельные капиталовложения в 2-3 раза ниже и себестоимость электроэнергии в 4-5 раз меньше, чем в европейской части страны.

Для гидростроительства в нашей стране было характерно сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций. Каскад - это группа ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока с целью последовательного использования его энергии. При этом помимо получения электроэнергии решаются проблемы снабжения населения и производства водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. К сожалению, создание каскадов в стране привело к крайне негативным последствиям: потере ценных сельскохозяйственных земель, особенно пойменных, нарушению экологического равновесия.

ГЭС можно разделить на две основные группы; ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В нашей стране большая часть ГЭС сооружалась на равнинных реках. Равнинные водохранилища обычно велики по площади и изменяют природные условия на значительных территориях. Ухудшается санитарное состояние водоемов. Нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаются в водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел рек и водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем на горных. Но иногда для создания нормального судоходства и орошения это необходимо.

Самые крупные ГЭС в стране входят в состав Ангаро-Енисейского каскада: Саяно-Шушенская, Красноярская на Енисее, Иркутская, Братская, Усть-Илимская на Ангаре, строится Богучанская ГЭС (4 млн кВт).

В европейской части страны создан крупный каскад ГЭС на Волге: Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Горьковская, Чебоксарская, Волжская им. В.И. Ленина, Саратовская, Волжская.

Весьма перспективным является строительство гидроаккумулирующих электростанций - ГАЭС. Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами: верхним и нижним. В ночные часы, когда потребность в электроэнергии, мала вода перекачивается из нижнего водохранилища в верхний бассейн, потребляя при этом излишки энергии, производимой ночью электростанциями.

Днем, когда резко возрастает потребление электричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатывая при этом энергию. Это выгодно, так как остановки ГЭС в ночное время невозможны. Таким образом, ГАЭС позволяет решать проблемы пиковых нагрузок, маневренности использования мощностей энергосетей. В России, особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС (а также ПГУ, ГТУ). Построены Загорская ГАЭС (1,2 млн кВт), строится Центральная ГАЭС (2,6 млн кВт).

Атомные электростанции. Доля АЭС в суммарной выработке электроэнергии - около 12% (в США - 19,6%, в Великобритании - 18,9, в ФРГ - 34%, в Бельгии - 65%, во Франции - свыше 76%). Планировалось, что удельный вес АЭС в производстве электроэнергии достигнет в СССР в 1990 г. 20%, фактически было достигнуто только 12,3%. Чернобыльская катастрофа вызвала сокращение программы атомного строительства, с 1986 г. в эксплуатацию были введены только 4 энергоблока.

В настоящее время ситуация меняется, правительством было принято специальное постановление, фактически утвердившее программу строительства новых АЭС до 2010 г. Первоначальный ее этап - модернизация действующих энергоблоков и ввод в эксплуатацию новых, которые должны заменить выбывающие после 2000 г. блоки Билибинской, Нововоронежской и Кольской АЭС.

Сейчас в России действуют 9 АЭС общей мощностью 20,2 млн кВт. Еще 14 АЭС и ACT (атомная станция теплоснабжения) общей мощностью 17,2 млн кВт находятся в стадии проектирования, строительства или временно законсервированы.

В настоящее время введена практика международной экспертизы проектов и действующих АЭС. В результате проведенной экспертизы были выведены из эксплуатации 2 блока Воронежской АС теплоснабжения, планируется вывод Белоярской АЭС, остановлен первый энергоблок Нововоронежской АЭС, законсервирована практически готовая Ростовская АЭС, пересматривается еще раз ряд проектов. Было установлено, что места расположения АЭС в ряде случаев выбраны неудачно, а качество их сооружения и оборудования не всегда отвечало нормативным требованиям.

Были пересмотрены принципы размещения АЭС. В первую очередь учитывается: потребность района в электроэнергии, природные условия (в частности, достаточное количество воды), плотность населения, возможность обеспечения защиты людей от недопустимого радиационного воздействия при тех или иных аварийных ситуациях.

При этом принимается во внимание вероятность возникновения на предполагаемой площадке землетрясений, наводнений, наличие близких грунтовых вод. АЭС должны размещаться не ближе 25 км от городов с численностью более 100 тыс. жителей, для ACT - не ближе 5 км. Ограничивается суммарная мощность электростанции: АЭС - 8 млн кВт, ACT - 2 млн кВт.

Новым в атомной энергетике является создание АТЭЦ и ACT. На АТЭЦ, как и на обычной ТЭЦ, производится и электрическая, и тепловая энергия, а на ACT (атомных станциях теплоснабжения) - только тепловая. Строятся Воронежская и Нижегородская ACT. АТЭЦ действует в поселке Билибино на Чукотке. На отопительные нужды выдают низкопотенциальное тепло также Ленинградская и Белоярская АЭС. В Нижнем Новгороде решение о создании ACT вызвало резкие протесты населения, поэтому была проведена экспертиза специалистами МАГАТЭ, давшими заключение о высоком качестве проекта.

Преимущества АЭС сводятся к следующему: можно строить в любом районе независимо от его энергетических ресурсов; атомное топливо отличается необыкновенно большим содержанием энергии (в 1 кг основного ядерного топлива - урана - содержится энергии столько же, сколько в 25 000 т угля: АЭС не дают выбросов в атмосферу в условиях безаварийной работы (в отличие от ТЭС), не поглощают кислород из воздуха.

Работа АЭС сопровождается рядом негативных последствий.

1. Существующие трудности в использовании атомной энергии - захоронение радиоактивных отходов. Для вывоза со станций сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения. Захоронение производится в земле на больших глубинах в геологически стабильных пластах.
2. Катастрофические последствия аварий на наших АЭС - вследствие несовершенной системы защиты.
3. Тепловое загрязнение используемых АЭС водоемов. Функционирование АЭС как объектов повышенной опасности требует участия государственных органов власти и управления в формировании направлений развития, выделении необходимых средств.

Все большее внимание в перспективе будет уделяться использованию альтернативных источников энергии - солнца, ветра, внутреннего тепла земли, морских приливов. Уже построены опытные электростанции на этих нетрадиционных источниках энергии: на приливных волнах на Кольском полуострове Кислогубская и Мезенская, на термальных водах Камчатки - электростанции близ реки Паужетки и др. Ветровые энергоустановки в жилых поселках Крайнего Севера мощностью до 4 кВт используются для защиты от коррозии магистральных газо- и нефтепроводов, на морских промыслах. Ведутся работы по вовлечению в хозяйственный оборот такого источника энергии, как биомасса.

Для более экономичного, рационального и комплексного использования общего потенциала электростанции нашей страны создана Единая энергетическая система (ЕЭС), в которой работают свыше 700 крупных электростанций, имеющих общую мощность свыше 250 млн кВт (т. е. 84% мощности всех электростанций страны). Управление ЕЭС осуществляется из единого центра, оснащенного электронно-вычислительной техникой.

Экономические преимущества Единой энергосистемы очевидны. Мощные линии электропередачи значительно повышают надежность снабжения электроэнергией народного хозяйства, выращивают суточные и годовые графики потребления электроэнергии, улучшают экономические показатели станций, создают условия для полной электрификации районов, еще испытывающих недостаток в электроэнергии.

В состав ЕЭС на территории бывшего СССР входят многочисленные электростанции, которые работают параллельно в едином режиме, сосредоточивая 4/5 суммарной мощности электростанций страны. ЕЭС распространяет свое влияние на территорию свыше 10 млн км 2 с населением около 220 млн чел. Всего в стране насчитывается примерно 100 районных энергосистем. Они образуют 11 объединенных энергетических систем. Самые крупные из них - Южная, Центральная, Сибирская, Уральская.

ОЭС Северо-Запада, Центра, Поволжья, Юга, Северного Кавказа и Урала входят в ЕЭС европейской части. Они объединены такими высоковольтными магистралями, как Самара - Москва (500 кВт), Самара - Челябинск, Волгоград - Москва (500 кВт), Волгоград - Донбасс (800 кВт), Москва - Санкт-Петербург (750 кВт) и др.

Сегодня в условиях перехода к рынку ознакомление с опытом координации деятельности и конкуренции различных собственников в электроэнергетическом секторе западных стран может быть полезным для выбора наиболее рациональных принципов совместной работы собственников элекгроэнергетических объектов, функционирующих в составе Единой энергосистемы.

Создан координационный орган - Электроэнергетический совет стран СНГ. Разработаны и согласованы принципы совместной работы объединенных энергосистем СНГ.

Развитие электроэнергетического хозяйства в современных условиях должно учитывать следующие принципы:

• вести строительство экологически чистых электростанций и переводить ТЭС на более чистое топливо - природный газ;
• создавать ТЭЦ для теплофикации отраслей промышленности, сельского хозяйства и коммунального хозяйства, что обеспечивает экономию топлива и вдвое увеличивает КПД электростанций;
• строить небольшие по мощности электростанции с учетом потребностей в электроэнергии крупных регионов;
• объединять различные типы электростанций в единую энергосистему;
• сооружать гидроаккумулирующие станции на малых реках, особенно в остродефицитных по энергии районах России;
• использовать в получении электрической энергии нетрадиционные виды топлива, энергии ветра, солнца, морских приливов, геотермальных вод и т.д.

Необходимость разработки новой энергетической политики России определяется рядом объективных факторов:

• распадом СССР и становлением Российской Федерации как подлинно суверенного государства;
• коренными изменениями социально-политического устройства, экономического и геополитического положения страны, принятым курсом на ее интеграцию в мировую экономическую систему;
• принципиальным расширением прав субъектов Федерации - республик, краев, областей и т.д.;
• коренным изменением отношений между органами государственного управления и хозяйственно самостоятельными предприятиями, быстрым ростом независимых коммерческих структур;
• глубоким кризисом экономики и энергетики страны, в преодолении которого энергетика может сыграть важную роль;
• переориентацией топливно-энергетического комплекса на приоритетное решение социальных задач общества, возросшими требованиями охраны окружающей среды.

В отличие от прежних энергетических программ, создававшихся в рамках планово-административной системы управления и определявших непосредственно объемы производства энергоресурсов и выделяемые для этого ресурсы, новая энергетическая политика имеет совершенно иное содержание.

Основными инструментами новой энергетической политики должны стать:

• приведение одновременно с конвертируемостью рубля цен на энергоносители в соответствии с мировыми ценами с постепенным сглаживанием скачков цен на внутреннем рынке;
• акционирование предприятий топливно-энергетического комплекса с привлечением денежных средств населения, зарубежных инвесторов и отечественных коммерческих структур;
• поддержка независимых производителей энергоносителей, прежде всего ориентированных на использование местных и возобновляемых энергетических ресурсов.

Приняты законодательные акты для энергетического комплекса, основными целями которых являются:

1. Сохранение целостности электроэнергетического комплекса и ЕЭС России.
2. Организация конкурентоспособного рынка электроэнергии как инструмента стабилизации цен на энергию и повышения эффективности электроэнергетики.
3. Расширение возможностей привлечения инвестиций на развитие Единой энергетической системы России и региональных энергетических компаний.
4. Повышение роли субъектов Федерации (областей, краев, автономий) в управлении развитием ЕЭС Российской Федерации.

В перспективе Россия должна отказаться от строительства новых и крупных тепловых и гидравлических станций, требующих огромных инвестиций и создающих экологическую напряженность. Предполагается строительство ТЭЦ малой и средней мощности и малых АЭС в удаленных северных и восточных регионах. На Дальнем Востоке предусматривается развитие гидроэнергетики за счет строительства каскада средних и малых ГЭС.

Новые ТЭЦ будут строиться на газе и только в Канско-Ачинском бассейне предполагается строительство мощных конденсационных ГРЭС.

Важным аспектом расширения рынка энергоносителей является возможность увеличения экспорта топлива и энергии из России.

Основу энергетической стратегии России составляют следующие три главные цели:

1. Сдерживание инфляции путем наличия больших запасов энергоресурсов, которые должны дать внутреннее и внешнее финансирование страны.
2. Обеспечение достойной роли энергии как фактора роста производительности труда и улучшения жизни населения.
3. Снижение техногенной нагрузки топливно-энергетического комплекса на окружающую среду.

Высшим приоритетом энергетической стратегии является повышение эффективности энергопотребления и энергосбережения.

На период становления и развития рыночных отношений выработана структурная политика в области энергетики и топливной промышленности на ближайшие 10-15 лет.

Она предусматривает:

• повышение эффективности использования природного газа и его доли во внутреннем потреблении и в экспорте;
• увеличение глубокой переработки и комплексного использования углеводородного сырья;
• повышение качества углепродуктов, стабилизация и наращивание объемов угледобычи (в основном открытым способом) по мере освоения экологически приемлемых технологий его использования;
• преодоление спада и умеренный рост добычи нефти.
• интенсификацию местных энергоресурсов гидроэнергии, торфа, значительное увеличение использования возобновляемых энергоресурсов - солнечной, ветровой, геотермической энергии, шахтного метана, биогаза и т. д.;
• повышение надежности АЭС. Освоение предельно безопасных и экономических новых реакторов, в том числе и малой мощности

Цели: сформировать у учащихся представление об электроэнергетике России как об авангардной отрасли народного хозяйства страны.

Задачи:

• Обучающая: углубить знания учащихся по топливно-энергетическому комплексу России;разъяснить понятия «электроэнергетика» и «энергосистема»; дать представление о роли и значении электроэнергетики для промышленности и населения страны;
• Развивающая: развивать у учащихся умения и навыки работы с картой и текстом; способствовать развитию аналитического и логического мышления;
• Воспитательная: воспитывать интерес к географии родной страны, её экономике и экологии.

Тип урока: комбинированный

Средства обучения: физическая карта России, карта «электроэнергетика России», атласы учащихся, интерактивная доска, фотографии различных электростанций, таблицы, схемы.

Терминологический аппарат: электростанция, ТЭС, ГЭС, АЭС, альтернативные источники энергии, энергосистема

Ход урока

1. Организационный момент (1 мин)

2. Опрос домашнего задания (8 мин)

Тест

1. Самые крупные запасы угля (общегеологические) сосредоточены в

А) Кузнецком бассейне
Б) Печорском бассейне
В) Тунгусском бассейне
Г) Донецком бассейне

2. Первое место в России по запасам угля занимает бассейн

А) Кузнецкий Б) Печорский В) Южно-Якутский

3. Самый дешёвый уголь (в 2-3 раза дешевле кузнецкого) в бассейне

А) Печорском Б) Донецком В) Канско-Ачинском

4. Крупнейшая нефтегазовая база России – это

А) Западная Сибирь Б) Поволжье В) Баренцево море

5. На территории России насчитывается

А) 26 НПЗ Б) 22 НПЗ В) 30 НПЗ Г) 40 НПЗ

6. Общая протяжённость газопроводов России составляет

А) 140 тыс. км Б) 150 тыс. км В) 170 тыс. км Г) 120 тыс. км

7. По запасам газа Россия занимает в мире

А) 1-е место Б) 2-е место В) 3-е место

Ответы: 1) В; 2) А; 3) В; 4) А; 5) А; 6) Б; 7) А.

Работа у доски: учащийся выходит к доске и заполняет пустые клетки в опорно-логической схеме «Топливно-энергетический комплекс», комментирует свой ответ.

Работа с текстом. По запасам нефти (20 млрд. т, 13% мировых запасов) Россия занимает (1)четвёртое место после Саудовской Аравии, США и Ирака. Добыча нефти в последние годы постоянно (2)увеличивалась и в 2005 году составила 356 млн.т. основной нефтяной базой России является (3)Волго-Уральская , на территории которой добывается 70% всей нефти России. Крупнейшими из месторождений являются Самотлор, Сургут, Мегион. Однако из них уже извлечено 50-60% нефти. Однако, по оценкам специалистов, в данном регионе извлечено всего (4)25% нефти . Поэтому в ближайшей перспективе (до 2015 – 2020 гг.) эта база останется ведущей. Большие запасы нефти обнаружены на шельфе северных морей, омывающих Россию. Их доля в добыче нефти на сегодняшний день составляет (5)5-6%. Добытая нефть по трубопроводам передаётся для переработки на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), которых насчитывается по всей стране (6)35 . Общая протяжённость нефтепроводов составляет (7)56 тыс. км. (Учащиеся получают карточки с текстом, выявляют ошибки в нём и исправляют их.)

Ответы: 1) второе (после Саудовской Аравии); 2) снижалась; 3) Западно-Сибирская; 4) 12%; 5) 1%; 6) 26 НПЗ; 7) 47 тыс. км.

3. Новая тема (30 мин)

План урока

• Значение электроэнергетики (6 мин)
• Типы электростанций (20 мин)
• Энергосистемы, ЕЭС (4 мин)

Значение электроэнергетики . Электроэнергетика входит в состав топливно-энергетического комплекса, образуя в нём, как говорят, «верхний этаж». Можно сказать, что она является одной из базовых отраслей народного хозяйства России. Эта роль её объясняется необходимостью электрификации всех отраслей промышленности, а также различных сфер человеческой деятельности. Поэтому электроэнергетика, также как и машиностроение, по темпам своего развития должна опережать всё хозяйство страны. (Задание: вспомните условную пропорцию развития машиностроения и народного хозяйства страны; ответ: 1:2:4, это означает, что за единицу принимаются темпы развития всего народного хозяйства страны, машиностроение должно развиваться в 2 раза быстрее, а авангардные отрасли машиностроения (точное, энергетическое машиностроение) должны развиваться в 4 раза быстрее темпов развития промышленности страны в целом) В России в 2007 году было произведено 1 трлн. кВт*ч (4-е место в мире). Далее учащимся предлагается проанализировать две диаграммы. (Выводятся на интерактивную доску)

Рисунок 1. Основные потребители электроэнергии

Рисунок 2. Структура электроэнергетики России

Типы электростанций.

Дополнительный материал (учащиеся готовят дома доклады и представляют их на уроке). Пока учащиеся представляют свои доклады, остальные слушают их и попутно заполняют следующую таблицу. При выступлении учащиеся показывают местоположение основных электростанций на карте «Электроэнергетика России», а также демонстрируют на интерактивной доске фотографии ( , , , , , , , , , )различных типов электростанций.

Тип электростанций	Крупнейшие электростанции	Факторы размещения	Строительство и эксплуатация	Воздействие на окружающую среду
	Березовская, Сургутская
		Потребительский
АлЭС (ПЭС, ГТЭС)				Не оказывают отрицательного воздействия.

Теплоэнергетика является крупнейшим в стране производителем электроэнергии. Основные факторы её размещения – сырьевой и потребительский. Суммарная мощность электростанций в России в 2000 году составила 212,8 млн. кВт*ч, в том числе тепловых – 146, 6 млн. кВт*ч. Крупнейшие теплоэлектростанции в стране расположены на востоке страны, например, в Восточной Сибири, где в качестве топлива используются самые дешёвые угли Канско-Ачинского угольного бассейна, - Березовская, Ирша-Бородинская и Назаровская ГРЭС, в Западной Сибири – Сургутская ГРЭС, работающая на попутном нефтяном газе, на Дальнем Востоке – Нерюнгринская ГРЭС на южно-якутском угле. Потребительский фактор наиболее ярко выражается в расположении ТЭС вблизи крупных городов и промышленных центров. строятся ТЭС быстро, строительство обходится дешево, но вырабатываемая электроэнергия имеет высокую себестоимость, так как используется невозобновимое топливо. Могут работать в постоянном режиме, но требуют длительной остановки в случае ремонта. В экологическом отношении – не самые оптимальные, так как выбрасывают в атмосферу много твердых и газообразных отходов.

Гидроэнергетика. Важнейшим фактором размещения ГЭС является сырьевой, то есть наличие гидроэнергоресурсов. ГЭС производят самую дешёвую электроэнергию, однако их размещение зависит от рельефа территории. Основной гидроэнергетический потенциал страны сосредоточен в Восточной Сибири (35%) и на Дальнем Востоке (30%). Поэтому крупнейшие ГЭС, мощностью до 6,4 млн. кВт*ч построены на Ангаре и Енисее – Иркутская, Братская, Усть-Илимская, Красноярская, Саяно-Шушенская и др. строительство электростанций происходит дольше и обходится дороже, что компенсируется дешёвой электроэнергией, а также упрощённой работой в энергосистеме. Они легко выключаются и включаются. Однако также оказывают неблагоприятное влияние на окружающую среду, что проявляется в затоплении огромных территорий, вырубке лесов, уничтожении почвенного покрова при строительстве, а также в загрязнении рек и речных долин, нарушение путей миграции рыб.

Атомная энергетика. Главный фактор размещения АЭС – потребительский. Основной промышленный потенциал и население России концентрируются в тех регионах, где ощущается дефицит топливных ресурсов и где ощущается огромная потребность в электроэнергии. К таким регионам относится практически вся Европейская Россия. Также АЭС должны располагаться вдали от разломов в земной коре и зон взаимодействия литосферных плит. Первая АЭС была построена в 1954 году в городе Обнинск Калужской области. В настоящее время действуют Кольская, Ленинградская, Смоленская, Курская, Нововоронежская и др. АЭС. В 2001 году введён первый, а в 2006 году – второй энергоблок Ростовской АЭС (всего 10 АЭС). Строительство АЭС, как и ГЭС, обходится дороже, но получаемая электроэнергия имеет низкую себестоимость вследствие применения сравнительно малого количества топлива. К примеру, 1 кг урана или плутония эквивалентен 2,5-3 тоннам высококачественного угля, 1,5-2 тоннам мазута. АЭС на нескольких тоннах атомного топлива способна работать в течении нескольких лет и беспрестанно обеспечивать энергией такие крупные города, как Москва, Санкт-Петербург и др. работа в энергосистеме отличается особой сложностью, так как требуются высококлассные специалисты для обслуживания АЭС, атомный реактор легко запустить, но сложно остановить. При работе без происшествий воздействие на среду незначительно, основные проблемы заключаются в захоронении радиоактивных отходов и обеспечении радиоактивной безопасности.

Электростанции, работающие на альтернативных источниках топлива, в России не получили пока столь широкого распространения. Их доля в обшей структуре электроэнергетики России составляет всего 1%. К ещё альтернативным источникам топлива относятся энергия ветра, солнца, приливов и отливов, а также геотермальная энергия. Строительство подобных электростанций долговременно и по его стоимости сопоставимо со строительством АЭС, но получаемая электроэнергия обходится еще дешевле, чем гидравлическая, так сырьё является возобновляемым и неисчерпаемым. Более того, подобные электростанции не оказывают на окружающую среду практически никакого отрицательного воздействия. Крупных электростанций, работающих на альтернативных источниках топлива в России мало. Крупнейшими из них являются Кислогубская ПЭС (приливная) в Мурманской области и Паужетская ГТЭС (геотермальная) в Камчатской области.

В итоге у учащихся после заполнения таблица должна выглядеть следующим образом (выводится на интерактивную доску):

Тип электростанций	Крупнейшие электростанции	Факторы размещения	Строительство и эксплуатация	Воздействие на окружающую среду
ТЭС	Березовская, Ирша-Бородинская, Назаровская, Нерюнгринская, Сургутская	Сырьевой, потребительский	Строятся быстро и дешево, но потребляют большое количество топлива, на которое требуются большие затраты на добычу и переработку. Работают в постоянном режиме, но требуют длительной остановки при ремонтах.	Угольные ТЭС выбрасывают много твердых отходов (золы) и вредных газов в атмосферу при работе на мазуте выбросов меньше, на газе - совсем мало.
ГЭС	Иркутская, Братская, Усть-Илимская, Красноярская, Саяно-Шушенская	Сырьевой	Строятся дольше, дорогие, себестоимость энергии минимальна. Легко включаются и выключаются.	Происходит затопление речных долин, загрязняются стоки рек, нарушение путей миграции рыб
АЭС	Кольская, Ленинградская, Смоленская, Курская, Нововоронежская	Потребительский	Строятся долго и стоят дорого, но электроэнергия дешевле, чем на ТЭС. Используемые топливо - уран, не зависит от источников топливных ресурсов, требуют точности и надежности оборудования, квалификации и дисциплины работников.	При работе без происшествий воздействие на среду незначительно; проблема - захоронение радиоактивных отходов.
АлЭС	Паужетская ГТЭС, Кислогубская ПЭС	Сырьевой	Строительство и эксплуатация обходятся дорого, себестоимость энергии низкая, легко выключаются и включаются.	Не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду.

Энергосистемы, ЕЭС. Энергосистема – группа электростанций разных типов, объединённых линиями электропередачи (ЛЭП) и управляемых из одного центра. Создание энергосистем повышает надёжность обеспечения потребителей электроэнергией и позволяет передавать её из района в район. В России – 73 крупные энергосистемы, которые, в свою очередь, слагают, районные энергосистемы: Центральную, Уральскую, Сибирскую и т. д. Большая часть районных энергосистем входит в состав Единой Энергосистемы России (ЕЭС). От неё пока изолирована энергосистема Дальнего Востока. ЕЭС России работает в параллельном режиме с энергосистемами Прибалтики, Украины, Казахстана, Беларуси, Финляндии, Китая и др. странами. Работа энергосистемы отличается большой сложностью в связи с необходимостью бесперебойного обеспечения электроэнергией всех отраслей народного хозяйства, инфраструктуры и населения. (Определение термина «Энергосистема» выводится на интерактивную доску)

Основные выводы: (выводятся на интерактивную доску)

• Электроэнергетика является важнейшей частью народного хозяйства страны, так как обеспечивает электроэнергией абсолютно все сферы промышленности, сельского хозяйства, транспорта и инфраструктуры;
• Большую часть электроэнергии России производят на ТЭС;
• Наиболее дешёвую электроэнергию производят ГЭС и АЭС;
• Работа всех электростанций страны объединена в районные энергосистемы, составляющие часть Единой Энергосистемы России.

3. Закрепление изученного материала. (4 мин)

Отметить в контурных картах местоположение упомянутых в ходе урока электростанций

Вопросы для закрепления:

• Почему электроэнергетика считается авангардной отраслью народного хозяйства страны?
• Перечислить основные типы электростанций.
• Почему для работы на АЭС требуются высококвалифицированные специалисты?
• Размещение каких типов электростанций зависит от форм рельефа?
• Что такое «энергосистема»?
• Назвать основные факторы размещения всех типов электростанций?
• Какое место в мире Россия занимает по количеству производимой электроэнергии?

На доску выводится контурная карта с обозначенными на ней крупнейшими электростанциями, упомянутыми в ходе урока.

4. Домашнее задание: § 23, проанализировать рис. 44 на стр. 129, на контурной карте обозначить крупнейшие энергосистемы страны. (1 мин)

5. Подведение итогов, выставление оценок за урок. (1 мин)

Тепловые электростанции (ТЭС, КЭС, ТЭЦ)

Основным типом электростанций в России являютсятепловые(ТЭС). Эти установки вырабатывают примерно 67% электроэнергии России. На их размещение влияют топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные электростанции располагаются в местах добычи топлива. ТЭС, использующие калорийное, транспортабельное топливо, ориентированы на потребителей.

Тепловые электростанции используют широко распространенные топливные ресурсы, относительно свободно размещаются и способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. Их строительство ведется быстро и связано с меньшими затратами труда и материальных средств. Но у ТЭС есть существенные недостатки. Они используют невозобновимые ресурсы, обладают низким КПД (30-35%), оказывают крайне негативное влияние на экологическую обстановку. ТЭС всего мира ежегодно выбрасывают в атмосферу 200-250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида 6 , а также поглощают огромное количество кислорода. Установлено, что уголь в микродозах почти всегда содержит U 238 , Th 232 и радиоактивный изотоп углерода. Большинство ТЭС России не оснащены эффективными системами очистки уходящих газов от оксидов серы и азота. Хотя установки, работающие на природном газе экологически существенно чище угольных, сланцевых и мазутных, вред природе наносит прокладка газопроводов (особенно в северных районах).

Тепловой электрической станцией называется комплекс оборудования и устройств, преобразующих энергию топлива в электрическую и (в общем случае) тепловую энергию.

Тепловые электростанции характеризуются большим разнообразием и их можно классифицировать по различным признакам.

1. По назначению и виду отпускаемой энергии электростанции разделяются на районные и промышленные.

Районные электростанции – это самостоятельные электростанции общего пользования, которые обслуживают все виды потребителей района (промышленные предприятия, транспорт, население и т.д.). Районные конденсационные электростанции, вырабатывающие в основном электроэнергию, часто сохраняют за собой историческое название – ГРЭС (государственные районные электростанции). Районные электростанции, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию (в виде пара или горячей воды), называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). ТЭЦпредставляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и теплоты. Их КПД доходит до 70% против 30-35% на КЭС. ТЭЦ привязаны к потребителям, т.к. радиус передачи теплоты (пара, горячей воды) составляет 15-20 км. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.

Как правило, ГРЭС и районные ТЭЦ имеют мощность более 1 млн. кВт.

Промышленные электростанции – это электростанции, обслуживающие тепловой и электрической энергией конкретные производственные предприятия или их комплекс, например завод по производству химической продукции. Промышленные электростанции входят в состав тех промышленных предприятий, которые они обслуживают. Их мощность определяется потребностями промышленных предприятий в тепловой и электрической энергии и, как правило, она существенно меньше, чем районных ТЭС. Часто промышленные электростанции работают на общую электрическую сеть, но не подчиняются диспетчеру энергосистемы. Ниже рассматриваются только районные электростанции.

2. По виду используемого топлива тепловые электростанции разделяются на электростанции, работающие на органическом топливе и ядерном горючем.

Тепловые электростанции, работающие на органическом топливе, называют конденсационными электростанциями (КЭС) . Ядерное горючее используют атомные электростанций (АЭС). Именно в таком смысле ниже будет употребляться этот термин, хотя и ТЭЦ, и АЭС, и газотурбинные электростанции (ГТЭС), и парогазовые электростанции (ПГЭС) также являются тепловыми электростанциями, работающими на принципе преобразования тепловой энергии в электрическую.

Первостепенную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции (КЭС). Они тяготеют и к источникам топлива, и к потребителям, и поэтому очень широко распространены. Чем крупнее КЭС, тем дальше она может передавать электроэнергию, т.е. по мере увеличения мощности возрастает влияние топливно-энергетического фактора.

В качестве органического топлива для ТЭС используют газообразное, жидкое и твердое топливо. Ориентация на топливные базы происходит при наличии ресурсов дешевого и нетранспортабельного топлива (бурые угли Канско-Ачинского бассейна) или в случае использования электростанциями торфа, сланцев и мазута (такие КЭС обычно связаны с центрами нефтепереработки). Большинство ТЭС России, особенно в европейской части, в качестве основного топлива потребляют природный газ, а в качестве резервного топлива – мазут, используя последний ввиду его дороговизны только в крайних случаях; такие ТЭС называют газомазутными. Во многих регионах, в основном в азиатской части России, основным топливом является энергетический уголь – низкокалорийный уголь или отходы высококалорийного каменного угля (антрацитовый штыб – АШ). Поскольку перед сжиганием такие угли размалываются в специальных мельницах до пылевидного состояния, то такие ТЭС называют пылеугольными.

3. По типу теплосиловых установок, используемых на ТЭС для преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращения роторов турбоагрегатов, различают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые электростанции.

Основой паротурбинных электростанций являются паротурбинные установки (ПТУ), которые для преобразования тепловой энергии в механическую используют самую сложную, самую мощную и чрезвычайно совершенную энергетическую машину – паровую турбину. ПТУ – основной элемент ТЭС, ТЭЦ и АЭС.

Газотурбинные тепловые электростанции (ГТЭС) оснащаются газотурбинными установками (ГТУ), работающими на газообразном или, в крайнем случае, жидком (дизельном) топливе. Поскольку температура газов за ГТУ достаточно высока, то их можно использовать для отпуска тепловой энергии внешнему потребителю. Такие электростанции называют ГТУ-ТЭЦ. В настоящее время в России функционирует одна ГТЭС (ГРЭС-3 им. Классона, г. Электрогорск Московской обл.) мощностью 600 МВт и одна ГТУ-ТЭЦ (в г. Электросталь Московской обл.).

Парогазовые тепловые электростанции комплектуются парогазовыми установками (ПГУ), представляющими комбинацию ГТУ и ПТУ, что позволяет обеспечить высокую экономичность. ПГУ-ТЭС могут выполняться конденсационными (ПГУ-КЭС) и с отпуском тепловой энергии (ПГУ-ТЭЦ). В России имеется только одна работающая ПГУ-ТЭЦ (ПГУ-450Т) мощностью 450 МВт. На Невинномысской ГРЭС работает энергоблок ПГУ-170 мощностью 170 МВт, а на Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга – энергоблок ПГУ- 300 мощностью 300 МВт.

4. По технологической схеме паропроводов ТЭС делятся на блочные ТЭС и на ТЭС с поперечными связями.

Блочные ТЭС состоят из отдельных, как правило, однотипных энергетических установок – энергоблоков. В энергоблоке каждый котел подает пар только для своей турбины, из которой он возвращается после конденсации только в свой котел. По блочной схеме строят все мощные ГРЭС и ТЭЦ, которые имеют так называемый промежуточный перегрев пара. Работа котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями обеспечивается по-другому: все котлы ТЭС подают пар в один общий паропровод (коллектор) и от него питаются все паровые турбины ТЭС. По такой схеме строятся КЭС без промежуточного перегрева и почти все ТЭЦ на докритические начальные параметры пара.

5. По уровню начального давления различают ТЭС докритического давления и сверхкритического давления (СКД).

Критическое давление – это 22,1 МПа (225,6 ат). В российской теплоэнергетике начальные параметры стандартизованы: ТЭС и ТЭЦ строятся на докритическое давление 8,8 и 12,8 МПа (90 и 130 ат), и на СКД – 23,5 МПа (240 ат). ТЭС на сверхкритические параметры по техническим причинам выполняются с промежуточным перегревом и по блочной схеме. Часто ТЭС или ТЭЦ строят в несколько этапов – очередями, параметры которых улучшаются с вводом каждой новой очереди.

Рассмотрим типичную конденсационную ТЭС, работающую на органическом топливе (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Тепловой баланс газомазутной и

пылеугольной (цифры в скобках) ТЭС

Топливо подается в котел и для его сжигания сюда же подается окислитель – воздух, содержащий кислород. Воздух берется из атмосферы. В зависимости от состава и теплоты сгорания для полного сжигания 1 кг топлива требуется 10– 15 кг воздуха и, таким образом, воздух – это тоже природное «сырье» для производства электроэнергии, для доставки которого в зону горения необходимо иметь мощные высокопроизводительные нагнетатели. В результате химической реакции сгорания, при которой углерод С топлива превращается в оксиды СО 2 и СО, водород Н 2 – в пары воды Н 2 О, сера S – в оксиды SO 2 и SO 3 и т.д., образуются продукты сгорания топлива – смесь различных газов высокой температуры. Именно тепловая энергия продуктов сгорания топлива является источником электроэнергии, вырабатываемой ТЭС.

Далее внутри котла осуществляется передача тепла от дымовых газов к воде, движущейся внутри труб. К сожалению, не всю тепловую энергию, высвободившуюся в результате сгорания топлива, по техническим и экономическим причинам удается передать воде. Охлажденные до температуры 130– 160 °С продукты сгорания топлива (дымовые газы) через дымовую трубу покидают ТЭС. Часть теплоты, уносимой дымовыми газами, в зависимости от вида используемого топлива, режима работы и качества эксплуатации, составляет 5– 15 %.

Часть тепловой энергии, оставшаяся внутри котла и переданная воде, обеспечивает образование пара высоких начальных параметров. Этот пар направляется в паровую турбину. На выходе из турбины с помощью аппарата, который называется конденсатором, поддерживается глубокий вакуум: давление за паровой турбиной составляет 3– 8 кПа (напомним, что атмосферное давление находится на уровне 100 кПа). Поэтому пар, поступив в турбину с высоким давлением, движется к конденсатору, где давление мало, и расширяется. Именно расширение пара и обеспечивает превращение его потенциальной энергии в механическую работу. Паровая турбина устроена так, что энергия расширения пара преобразуется в ней во вращение ее ротора. Ротор турбины связан с ротором электрогенератора, в обмотках статора которого генерируется электрическая энергия, представляющая собой конечный полезный продукт (товар) функционирования ТЭС.

Для работы конденсатора, который не только обеспечивает низкое давление за турбиной, но и заставляет пар конденсироваться (превращаться в воду), требуется большое количество холодной воды. Это – третий вид «сырья», поставляемый на ТЭС, и для функционирования ТЭС он не менее важен, чем топливо. Поэтому ТЭС строят либо вблизи имеющихся природных источников воды (река, море), либо строят искусственные источники (пруд-охладитель, воздушные башенные охладители и др.).

Основная потеря тепла на ТЭС возникает из-за передачи теплоты конденсации охлаждающей воде, которая затем отдает ее окружающей среде. С теплом охлаждающей воды теряется более 50 % тепла, поступающего на ТЭС с топливом. Кроме того, в результате происходит тепловое загрязнение окружающей среды.

Часть тепловой энергии топлива потребляется внутри ТЭС либо в виде тепла (например, на разогрев мазута, поступающего на ТЭЦ в густом виде в железнодорожных цистернах), либо в виде электроэнергии (например, на привод электродвигателей насосов различного назначения). Эту часть потерь называют собственными нуждами.

Для нормальной работы ТЭС, кроме «сырья» (топливо, охлаждающая вода, воздух) требуется масса других материалов: масло для работы систем смазки, регулирования и защиты турбин, реагенты (смолы) для очистки рабочего тела, многочисленные ремонтные материалы.

Наконец, мощные ТЭС обслуживаются большим количеством персонала, который обеспечивает текущую эксплуатацию, техническое обслуживание оборудования, анализ технико-экономических показателей, снабжение, управление и т.д. Ориентировочно можно считать, что на 1 МВт установленной мощности требуется 1 персона и, следовательно, персонал мощной ТЭС составляет несколько тысяч человек. Любая конденсационная паротурбинная электростанция включает в себя четыре обязательных элемента:

· энергетический котел, или просто котел, в который подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идет процесс горения – химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла. Сгорающее топливо является мощным источником теплоты, которая передается питательной воде. Последняя нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения. Этот пар с температурой 540°С и давлением 13– 24 МПа по одному или нескольким трубопроводам подается в паровую турбину;

· турбоагрегат, состоящий из паровой турбины, электрогенератора и возбудителя. Паровая турбина, в которой пар расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз меньше атмосферного), преобразует потенциальную энергию сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Электрогенератор состоит из статора, в электрических обмотках которого генерируется ток, и ротора, представляющего собой вращающийся электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя;

· конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения. Это позволяет очень существенно сократить затрату энергии на последующее сжатие образовавшейся воды и одновременно увеличить работоспособность пара, т.е. получить большую мощность от пара, выработанного котлом;

· питательный насос для подачи питательной воды в котел и создания высокого давления перед турбиной.

Таким образом, в ПТУ над рабочим телом совершается непрерывный цикл преобразования химической энергии сжигаемого топлива в электрическую энергию.

Кроме перечисленных элементов, реальная ПТУ дополнительно содержит большое число насосов, теплообменников и других аппаратов, необходимых для повышения ее эффективности. Технологический процесс производства электроэнергии на ТЭС, работающей на газе, представлен на рис. 3.2.

Основными элементами рассматриваемой электростанции (рис.3.2) являются котельная установка, производящая пар высоких параметров; турбинная или паротурбинная установка, преобразующая теплоту пара в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата, и электрические устройства (электрогенератор, трансформатор и т.д.), обеспечивающие выработку электроэнергии.

Основным элементом котельной установки является котел. Газ для работы котла подается от газораспределительной станции, подключенной к магистральному газопроводу (на рисунке не показан), к газораспределительному пункту (ГРП) 1. Здесь его давление снижается до нескольких атмосфер и он подается к горелкам 2 , расположенным в поде котла (такие горелки называются подовыми).

Рис. 3.2. Технологический процесс производства электроэнергии на ТЭС, работающей на газе

Собственно котел представляет собой П-образную конструкцию с газоходами прямоугольного сечения. Левая ее часть называется топкой. Внутренняя часть топки свободна, и в ней происходит горение топлива, в данном случае газа. Для этого к горелкам специальным дутьевым вентилятором 28 непрерывно подается горячий воздух, нагреваемый в воздухоподогревателе 25. На рис. 3.2 показан так называемый вращающийся воздухоподогреватель, теплоаккумулирующая набивка которого на первой половине оборота обогревается уходящими дымовыми газами, а на второй половине оборота она нагревает поступающий из атмосферы воздух. Для повышения температуры воздуха используется рециркуляция: часть дымовых газов, уходящих из котла, специальным вентилятором рециркуляции 29 подается к основному воздуху и смешивается с ним. Горячий воздух смешивается с газом и через горелки котла подается в его топку – камеру, в которой происходит горение топлива. При горении образуется факел, представляющий собой мощный источник лучистой энергии. Таким образом, при горении топлива его химическая энергия превращается в тепловую и лучистую энергию факела.

Стены топки облицованы экранами 19 – трубами, к которым подается питательная вода из экономайзера 24. На схеме изображен так называемый прямоточный котел, в экранах которого питательная вода, проходя трубную систему котла только 1 раз, нагревается и испаряется, превращаясь в сухой насыщенный пар. Широкое распространение получили барабанные котлы, в экранах которых осуществляется многократная циркуляция питательной воды, а отделение пара от котловой воды происходит в барабане.

Пространство за топкой котла достаточно густо заполнено трубами, внутри которых движется пар или вода. Снаружи эти трубы омываются горячими дымовыми газами, постепенно остывающими при движении к дымовой трубе 26.

Сухой насыщенный пар поступает в основной пароперегреватель, состоящий из потолочного 20, ширмового 21 и конвективного 22 элементов. В основном пароперегревателе повышается его температура и, следовательно, потенциальная энергия. Полученный на выходе из конвективного пароперегревателя пар высоких параметров покидает котел и поступает по паропроводу к паровой турбине.

Мощная паровая турбина обычно состоит из нескольких как бы отдельных турбин – цилиндров.

К первому цилиндру – цилиндру высокого давления (ЦВД) 17 пар подводится прямо из котла, и поэтому он имеет высокие параметры (для турбин СКД – 23,5 МПа, 540 °С, т.е. 240 ат/540 °С). На выходе из ЦВД давление пара составляет 3–3,5 МПа (30–35 ат), а температура – 300–340 °С. Если бы пар продолжал расширяться в турбине дальше от этих параметров до давления в конденсаторе, то он стал бы настолько влажным, что длительная работа турбины была бы невозможной из-за эрозионного износа его деталей в последнем цилиндре. Поэтому из ЦВД относительно холодный пар возвращается обратно в котел в так называемый промежуточный пароперегреватель 23. В нем пар попадает снова под воздействие горячих газов котла, его температура повышается до исходной (540 °С). Полученный пар направляется в цилиндр среднего давления (ЦСД) 16. После расширения в ЦСД до давления 0,2–0,3 МПа (2–3 ат) пар поступает в один или несколько одинаковых цилиндров низкого давления (ЦНД) 15.

Таким образом, расширяясь в турбине, пар вращает ее ротор, соединенный с ротором электрического генератора 14, в статорных обмотках которого образуется электрический ток. Трансформатор повышает его напряжение для уменьшения потерь в линиях электропередачи, передает часть выработанной энергии на питание собственных нужд ТЭС, а остальную электроэнергию отпускает в энергосистему.

И котел, и турбина могут работать только при очень высоком качестве питательной воды и пара, допускающем лишь ничтожные примеси других веществ. Кроме того, расходы пара огромны (например, в энергоблоке 1200 МВт за 1 с испаряется, проходит через турбину и конденсируется более 1 т. воды). Поэтому нормальная работа энергоблока возможна только при создании замкнутого цикла циркуляции рабочего тела высокой чистоты.

Пар, покидающий ЦНД турбины, поступает в конденсатор 12 – теплообменник, по трубкам которого непрерывно протекает охлаждающая вода, подаваемая циркуляционным насосом 9 из реки, водохранилища или специального охладительного устройства (градирни).

Градирня – это железобетонная пустотелая вытяжная башня (рис. 3.3) высотой до 150 м и выходным диаметром 40– 70 м, которая создает самотягу для воздуха, поступающего снизу через воздухо-направляющие щиты.

Внутри градирни на высоте 10–20 м устанавливают оросительное (разбрызгивающее устройство). Воздух, движущийся вверх, заставляет часть капель (примерно 1,5–2 %) испаряться, за счет чего охлаждается вода, поступающая из конденсатора и нагретая в нем. Охлажденная вода собирается внизу в бассейне, перетекает в аванкамеру 10, и оттуда циркуляционным насосом 9 она подается в конденсатор 12 (рис.3.2).

Рис. 3.3. Устройство градирни с естественной тягой

Рис. 3.4. Внешний вид башенной градирни

Наряду с оборотной, используют прямоточное водоснабжение, при котором охлаждающая вода поступает в конденсатор из реки и сбрасывается в нее ниже по течению. Пар, поступающий из турбины в межтрубное пространство конденсатора, конденсируется и стекает вниз; образующийся конденсат конденсатным насосом 6 подается через группу регенеративных подогревателей низкого давления (ПНД) 3 в деаэратор 8. В ПНД температура конденсата повышается за счет теплоты конденсации пара, отбираемого из турбины. Это позволяет уменьшить расход топлива в котле и повысить экономичность электростанции. В деаэраторе 8 происходит деаэрация – удаление из конденсата растворенных в нем газов, нарушающих работу котла. Одновременно бак деаэратора представляет собой емкость для питательной воды котла.

Из деаэратора питательная вода питательным насосом 7, приводимым в действие электродвигателем или специальной паровой турбиной, подается в группу подогревателей высокого давления (ПВД).

Регенеративный подогрев конденсата в ПНД и ПВД – это основной и очень выгодный способ повышения КПД ТЭС. Пар, который расширился в турбине от входа до трубопровода отбора, выработал определенную мощность, а поступив в регенеративный подогреватель, передал свое тепло конденсации питательной воде (а не охлаждающей!), повысив ее температуру и тем самым сэкономив расход топлива в котле. Температура питательной воды котла за ПВД, т.е. перед поступлением в котел, составляет в зависимости от начальных параметров 240–280°С. Таким образом замыкается технологический пароводяной цикл преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата.

Теплоэнергетика в нашей стране является крупнейшим производителем электроэнергии. Основные факторы ее размещения − сырьевой и потребительский.

Крупнейшие тепловые электростанции размещены на востоке стра­ны, например в Восточной Сибири, где в качестве топлива исполь­зуются самые дешевые угли Канско-Ачинского бассейна, − Березов­ская, Ирша-Бородинская и Назаровская ГРЭС; в Западной Сиби­ри − Сургутская ГРЭС, работающая на попутном нефтяном газе; на Дальнем Востоке − Нерюнгринская ГРЭС на южно-якутском угле. Потребительский фактор наиболее ярко выражается в размеще­нии ТЭС вблизи крупных городов и промышленных центров. К их числу относятся Конаковская ГРЭС, Рязанская, Костромская − в Центральном районе; Заинская − в Поволжье; Троицкая и Рефтинская − на Урале. (Приложение 4.)

Многие ТЭС выраба­тывают, кроме электроэнергии, пар и горячую воду − это теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Они размещаются в непосредственной близости от потребителя (20-25 км).

Важнейшим фактором размещения гидроэнергетических электростанций явля­ется наличие гидроэнергоресурсов. ГЭС производят самую дешевую электроэнергию, однако их размещение зависит от особенностей территории. Основной гидроэнергетический потенциал страны размещается в Восточной Сибири (35%) и на Дальнем Во­стоке (более 30%). Поэтому крупнейшие ГЭС мощностью до 6,4 млн. кВт построены на Ангаре и Енисее − Иркутская, Братская, Усть-Илимская, Красноярская, Саяно-Шушенская, Енисейская и др. В европейской части страны сооружены ГЭС на Волге и Каме −до 2,5 млн. кВт: Волгоградская, Саратовская, Волжские, Нижнекамская и др.

Атомная энергетика. Главный фактор размещения АЭС − потре­бительский. Основной промышленный производства и население в России сосредоточены на территориях с недостатком топливных ресурсов, но нуждающихся в большом количестве электроэнергии. К таким регионам относится практически вся европей­ская часть страны.

Необходимость развития атомной энергетики связана также с высокой эффективностью используемого сырья − урана, 1 кг ко­торого эквивалентен 2,5 тыс. т. высококачественного угля. Первая атомная электростанция была построена в 1954г. в г. Обнинске Ка­лужской области. В настоящее время действуют Кольская (Север­ный район), Ленинградская (Северо-Западный район), Смоленская (Центральный район), Нововоронежская и Курская (Центрально-Черноземный район), Балаковская (Поволжье), Белоярская (Урал), а также Билибинская АЭС в Чукотском автономном округе (Даль­ний Восток), В 2000 г. введен в действие первый энергоблок Рос­товской АЭС на Северном Кавказе.

Электроэнергетика, как ни одна другая отрасль, влияет на фор­мирование территориальной организации хозяйства страны. Она способствует размещению энергоемких отраслей промышленнос­ти в отдаленных районах, имеющих большие перспективы в разви­тии экономики страны в целом и ее субъектов.

Развитие мировой энергетики в XXI в. предполагает активное использованиевозобновляемых источников и экологически безопасных видов энергии, в числекоторых рассматривается и приливная энергия .Теоретический энергетический потенциал прилива оценивается различнымиавторами в 2500--4000 ГВт, что сопоставимо с технически возможным речнымэнергетическим потенциалом (4000 ГВт). Реализация приливной энергиив настоящее время намечается в 139 створах побережья Мирового океанас ожидаемой выработкой 2037 ТВт·ч/год, что составляет около 12%современного энергопотребления мира.В России в результате 70-летних изысканий, определена целесообразностьстроительства в XX веке семи ПЭС в створах Баренцева, Белого и Охотскогоморей (табл.1) .Таблица 1. Характеристика ПЭС России ПЭС Море, макс.прилив, мСтадия, годМощность, ГВТКислогубскаяБаренцево, 3,95Работает с 19680,04СевернаяБаренцево, 3,87ТЭД, 200612,0МезенскаяБелое, 10,3Материалы к ТЭД,20068,0Пенжинская (южныйствор)Охотское, 11,0Проектныематериалы, 1972--199687,9Пенжинская (северныйствор)Охотское, 13,4Проектныематериалы, 1983--199621,4ТугурскаяОхотское, 9,0ТЭО, 19966,8--7,98Малая МезенскаяБаренцевоРаботает с 2007 г.0,1. На сегодня в мире закончено технико-экономические обоснования шестикрупных ПЭС: Северн и Мереей в Англии, Кобекуид и Камберлендв Канаде, Мезенской и Тугурской в России. Экономические показатели этих ПЭС фактически не уступают новым ГЭС. Неоднократно назывались и сроки началастроительства ряда этих ПЭС: Мереей в 1994 г., Северн в 2000 г. с пускомпервых агрегатов в 2006 г. Но ни одна из этих ПЭС пока не возводится. Делов том, что большие сроки возведения и капиталоёмкость ПЭС при современныхвысоких ставках дисконтирования (Канада до 10%, Англия 8%, Аргентина 16%)не могут привлечь к их строительству частные фирмы. Чувствительностьстоимости энергии к величине процента дисконтирования, например, для ПЭС Северн при увеличении с 5 до 10% ведёт к росту стоимости 1 кВт·ч с 7 до14 пенсов.

Гидравлические электростанции (ГЭС) На территории России сосредоточено 12% мировых запасов гидроэнергии, и экономический гидроэнергетический потенциал ее при современном развитии техники оценивается в 1100 млрд кВт∙ч. Но размещение его по территории страны крайне неравномерно. По производству электроэнергии на гидростанциях Россия занимает третье место в мире, уступая Канаде и США .

Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении и имеют высокий КПД – более 80%. В результате производимая на ГЭС энергия – самая дешевая. К огромным достоинствам ГЭС относится высокая маневренность, т.е. возможность практически мгновенного автоматического запуска и отключения любого требуемого количества агрегатов.

В практической работе по размещению электростанций большое значение имеет кооперирование ГЭС с тепловыми электростанциями. Это обусловлено тем, что выработка электроэнергии на гидростанциях сильно колеблется в течение года в связи с изменениями водного режима рек. Объединение ТЭС и ГЭС в одной энергосистеме позволяет компенсировать недостаток в выработке энергии на гидростанциях в маловодные периоды года за счет электроэнергии, вырабатываемой на тепловых электростанциях

Строительство ГЭС требует длительных сроков и больших удельных капиталовложений, связано с потерями земель на равнинах, наносит ущерб рыбному хозяйству. Крупный недостаток ГЭС заключается в сезонности их работы, что неудобно для промышленности.

Гидростроительство в нашей стране характеризовалось сооружением на реках каскадов гидроэлектростанций. Помимо получения гидроэнергии каскады решали проблемы снабжения населения и производства водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. Но создание каскадов привело и к негативным последствиям: потере ценных сельскохозяйственных земель, нарушению экологического равновесия.

Самые крупные ГЭС в стане входят в состав Ангаро-Енисейского каскада: Саяно-Шушнская, Красноярская – на Енисее; Иркутская, Братская, Усть-Илимская – на Ангаре; строится Богучанская ГЭС. В Европейской части страны создан крупный каскад ГЭС на Волге. В его состав входят Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская (вблизи Самары), Саратовская, Волжская (вблизи Волгограда).

ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В нашей стране большая часть ГЭС сооружалась на равнинных реках. Оно менее рентабельно, чем на крупных .

Особый вид ГЭС – гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), основное назначение которых – снятие пиковых нагрузок в сетях путем выработки электроэнергии в необходимое время. Строительство ГАЭС считается наиболее экономичным рядом с атомными электростанциями.

Наиболее перспективными районами России для развития электроэнергетики считаются Восточная Сибирь и Дальний Восток. В Восточной Сибири сосредоточена 1/3 потенциала энергоресурсов России. На Дальнем Востоке используется только 3% имеющегося потенциала гидроэнергоресурсов из ¼ имеющихся. Построенные в Западной и Восточной Сибири мощнейшие ГЭС, несомненно нужны, и это – важнейший ключ к развитию Западно-Сибирского, Восточно-Сибирского, а также Уральского экономических районов }